D. Perbedaan hasil deposisi film tipis antara metode GDS dan VE
5.4 SEM ( Scanning Electron Microscope )
SEM adalah jenis mikroskop elektron yang menggunakan berkas electron untuk meng- gambarkan bentuk permukaan material yang dianalisis. Fungsi SEM adalah memindai yang terfokus pada balok halus elektron ke sampel. Elektron berinteraksi dengan sampel komposisi molekul. Energi elektron menuju ke sampel secara langsung dalam proporsi jenis interaksi elektron yang dihasilkan dari sampel. Serangkaian energi elektron terukur dapat dihasilkan yang dianalisis oleh sebuah mikroprosesor yang canggih yang mencip- takan gambar 3 dimensi atau spektrum elemen unik di dalam sampel yang dianalisis.
Untuk mengetahui morfologi dan analisis permukaan material/ bahan dapat digu- nakan Scanning Elektron Microscopy (SEM). Karakterisasi bahan menggunakan SEM dimanfaatkan untuk melihat struktur topografi permukaan, ukuran butiran, cacat struk- tural, dan komposisi pencemaran suatu bahan. Hasil yang diperoleh dari karakterisasi ini dapat dilihat secara langsung pada hasil SEM berupa Scanning Elektron Micrograp yang menyajikan bentuk tiga dimensi berupa gambar atau foto. Mikroskop ini digunakan un- tuk mempelajari struktur permukaan obyek, yang secara umum diperbesar antara 1.000 - 40.000 kali. Hasil SEM yang berupa gambar morfologi menyajikan bentuk permukaan bahan dengan berbagai lekukan dan tonjolan.
Mekanisme kerja SEM sebagai berikut: bedil elektron (electron gun) akan mema- mcarkan berkas elektron yang kemudian difokuskan oleh lensa elektromagnet. Berkas elektron kemudian berinteraksi dengan cuplikan yang menghasilkan elektron sekunder dan karakteristik sinar-X. Dengan mengatur tegangan pemercepat tabung SEM, maka dapat dipilih resolusi yang diinginkan. Sedangkan pemayaran (scanning) daerah cuplikan yang dikehendaki dapat dilakukan dengan mengatur pembangkit payar (scanning genera- tor) dan kumparan payar (scanning coils). SEM menggunakan hamburan balik elektron- elektron (E= 30 keV) yang merupakan energi datang dan elektron-elektron sekunder (E= 100 keV) yang dipantulkan dari benda uji. Karena elektron mempunyai energi yang rendah , maka elektro-elektron tersebut dapat dibelokkan membentuk sudut dan menim- bulkan bayangan topografi di tampilan monitor (RT) serta dapat dicetak menjadi foto.
Bab 5
DEPOSISI FILM TIPIS 5.4.1 Prinsip kerja SEM (Scanning Electron Microscope)
5.4.1
Prinsip kerja SEM (Scanning Electron Microscope)
Prinsip kerja dari alat ini dapat dijelaskan sebagai berikut: sumber elektron dari filamen yang terbuat dari tungsten memancarkan berkas elektron. Jika elektron tersebut berinte- raksi dengan bahan (spesimen) maka akan menghasilkan elektron sekunder dan sinar-X karakteristik. Scanning pada permukaan bahan yang dikehendaki dapat dilakukan de- ngan mengatur scanning generator dan scanning coils. Elektron sekunder hasil interaksi antara elektron dengan permukaanspesimen ditangkap oleh detektor SE (Secondary Ele- ctron) yang kemudian diolah dan diperkuat oleh amplifier dan kemudian divisualisasikan dalam monitor sinar katoda (CRT). Skema dasar SEM disajikan pada Gambar 5.8.
Gambar 5.8: Skema dasar SEM (Smallman dan Bishop, 1999: 144)
Detector yang terdapat di dalam peralatan dari SEM (Scanning Electron Microsco- pe) akan mendeteksi berkas elektron berintensitas tertinggi yang dipantulkan oleh benda atau material yang dianalisis. Selain itu juga dapat menentukan lokasi berkas electron yang berintensitas tertinggi itu. Ketika dilakukan pengamatan terhadap material, lokasi permukaan benda yang ditembak dengan berkas elektron yang ber intensitas tertinggi di-scan keseluruh permukaan material pengamatan. Karena luasnya daerah pengamatan kita dapat membatasi lokasi pengamatan yang kita lakukan dengan melakukan zoon-in
atauzoon-out. Dengan memanfaatkan berkas pantulan dari benda tersebut maka informa- si dapat di ketahui dengan menggunakan program pengolahan citra yang terdapat dalam komputer.
Bab 5
DEPOSISI FILM TIPIS 5.4.3 SEM dilengkapi dengan ED-X
5.4.2
Kelebihan SEM (Scanning Electron Microscope)
SEM (Scanning Electron Microscope) memiliki resolusi yang lebih tinggi dari pada mikros- kop optik. Hal ini di sebabkan oleh panjang gelombang de Broglie yang memiliki elektron lebih pendekdek dari pada gelombang optik. Karena semakin kecil panjang gelombang yang digunakan maka semakin tinggi resolusi yang dihasilkan mikroskop.
5.4.3
SEM dilengkapi dengan ED-X
Teknik ED-X (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) digunakan untuk mengetahui kan- dungan berbagai unsur kimia material semikonduktor. Sistem analisis ED-X bekerja sebagai fitur yang terintegrasi dengan SEM dan tidak dapat bekerja tanpa adanya Scan- ning Elektron Microscopy (SEM). Apabila Teknik ED-X dan SEM digabungkan sehingga dapat digunakan untuk mengidentifikasi unsur-unsur yang dimiliki oleh fasa yang terlihat pada struktur mikro. Prinsip kerja ED-X yaitu dengan menangkap dan mengolah sinyal flourensensi sinar-x yang keluar apabila berkas elektron mengenai daerah tertentu pada bahan (specimen). Sinar-x tersebut dapat dideteksi dengan detektor zat padat, yang dapat menghasilkan pulsa intensitas sebanding dengan panjang gelombang sinar-x.
Gambar 5.9: Hamburan dari elektron jatuh pada lembaran tipis (Smallman, 1999: 142)
Struktur material diketahui dengan cara melihat interaksi yang terjadi, jika specimen
padat dikenai berkas elektron. Berkas elektron yang jatuh sebagian dihamburkan, seba- gian akan diserap dan menembus specimen. Bila specimen cukup tipis, sebagian besar ditransmisikan dan beberapa elektron akan dihamburkan secara tidak elastis. Interaksi dengan atom dalam specimen akan menghasilkan pelepasan elektron energi rendah, foton sinar-X dsn elektronauger, yang semuanya dapat digunakan untuk karakterisasi material. Gambar 5.9 menunjukkan elektron-elektron apabila mengenaispecimen.
Interaksi elektron dengan atom pada sampel akan menghasilkan pelepasan elektron yang berenergi rendah, foton sinar-X dan elektron auger, yang kesemuanya bisa digu-
Bab 5
DEPOSISI FILM TIPIS 5.4.3 SEM dilengkapi dengan ED-X
nakan untuk mengkarakterisasi material. (Smallman, 1999). Elektron sekunder adalah elektron yang dipancarkan dari permukaan kulit dari atom terluar yang dihasilkan oleh interaksi berkas elektron jatuh dengan padatan, sehingga mengakibatkan terjadinya lon- catan elektron yang terikat lemah dari pita konduksi. Elektronauger merupakan elektron dari kulit orbit terluar yang dikeluarkan atom ketika elektron tersebut menyerap energi yang dilepaskan oleh elektron lain yang jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah.
Apabila berkas elektron mengenai pada sampel padat, maka sebagian berkas yang ja- tuh tersebut akan dihamburkan kembali dan sebagian lagi akan menembus sampel. Untuk sampel yang tipis maka sebagian besar elektron akan diteruskan, beberapa elektron akan dihamburkan secara elastis tanpa kehilangan energi dan sebagian lagi akan dihamburkan secara tak elastis. Teknik ini juga dapat dimanfaatkan untuk mengamati unsur-unsur pada daerah kecil permukaan bahan secara kualitatif dan semi kuantitatif. Hal ini karena masing-masing unsur menyebar pada panjang gelombang spesifik.
Untuk mengenali jenis atom permukaan yang mengandung multi atom, peneliti lebih banyak mengunakan teknik ED-X. Sebagian besar alat SEM dilengkapi dengan kemam- puan ini, namun tidak semua SEM punya fitur ini. ED-X dihasilkan dari karakteristik Sinar-X, yaitu dengan menembakkan sinar-X pada posisi yang ingin kita ketahui komposi- sinya. Maka setelah ditembakkan pada posisi yang diinginkan maka akan muncul puncak- puncak tertentu yang mewakili suatu unsur yang terkandung.
Dengan ED-X kita dapat membuat elemental mapping (pemetaan elemen) dengan memberikan warna berbeda-beda dari elemen di permukaan bahan. ED-X bisa digunakan untuk menganalisa secara kunatitatif dari persentase elemen. Contoh dari aplikasi ED- X digambarkan pada diagram dibawah ini. Alat ini dilengkapi dengan detektor dispersi energi (ED-X) sehingga dapat digunakan untuk mengetahui komposisi elemen sampel yang dianalisis. Tujuan SEM-EDX untuk mengetahui kegradulaan struktur mikro dan komposisi unsur. Aplikasi penggunaan SEM-EDX dirangkum sebagai berikut:
1). Topografi, menganalisa permukaan dan teksture (kekerasan, reflektivitas dsb)
2). Morfologi, menganalisa bentuk dan ukuran dari benda sampel
3). Komposisi, menganalisa komposisi permukaan benda secara kuantitatif dan kualitatif.
Sedangkan kelemahan SEM (Scanning Electron Microscope) antara lain: a. Memerlukan kondisi vakum dan ukuran sampel besar.
b. Hanya menganalisa permukaan dan sangat tergantung pada software.
c. Resolusi lebih rendah dari TEM (Transmission Electron Microscopy).
d. Sampel harus bahan konduktif, jika tidak konduktor perlu dilapis logam seperti emas.
Bab 6
PROSES PEMBUATAN OFET
Proses dalam pembuatan OFET ( Transistor Efek Medan Organik) untuk aplikasi sen- sor gas beracun sebagaimana ditunjukkan pada diagram alir (Gambar 6.1). Pembuatan OFET ini dilakukan dengan deposisi film tipis dengan metode vakum evaporasi (VE) pada suhu ruang dan teknik lithography.
Gambar 6.1: Bagan alir dalam pembuatan OFET untuk aplikasi sensor gas beracun
6.1
Deposisi Film Tipis
Pembuatan OFET untuk aplikasi sensor gas beracun ini menggunakan material/ bahan untuk deposisi film tipis adalah semikonduktor organik. Selanjutnya dilakukan deposisi film tipis dengan prosedur sebagai beikut:
Bab 6
PROSES PEMBUATAN OFET 6.2.1X-ray diffraction(XRD))
a) Preparasi sampel
• Pemotongan kaca preparat berukuran (1,5 x 2,5) cm2.
• Kaca preparat terlebih dahulu dicuci menggunakan alatUltrasonic Cleaner Model
Core-Parmer dengan tahapan, sebagai berikut: kaca preparat dicuci dengan eta- nol (96%) selama 1 jam, kemudian dicuci dengan menggunakan aceton (>99%) selama 1 jam. Selanjutnya dilakukan pencucian dengan deterjen dan etanol (96%) selama 1 jam. Sebelum dimasukan ke dalam alat evaporasi, kaca preparat dicuci dengan etanol (96%) yang mendidih.
b) Proses deposisi film tipis
Deposisi film tipis CuPc diatas substrat SiO2 dilakukan dengan metode penguapan
hampa udara (Model JEOL JEE-4X) pada kehampaan tinggi sekitar (8 x10-4) Pa. Pada alatvacuum evaporator (VE), terdapat beberapa parameter yang dapat mempe- ngaruhi karakteristik film tipis, yaitu: tekanan, arus, waktu pada saat deposisi, massa dari material CuPc yang akan dideposisikan. Dalam penelitian ini, akan dilakukan de- ngan menggunakan parameter arus pada alat vacuum evaporator untuk memperoleh variasi laju deposisi/ morfologi film tipis CuPc.
c) Metode deposisi film tipis CuPc yang dilakukan dengan variasi arus (35 A, 40 A, 45 A dan 50 A) pada alat VE, adapun tahapannya sebagai berikut:
• Material semikonduktor yang massanya 200 mg dimasukan ke dalam boat dan di- timbang dengan neraca Ohaus.
• Selanjutnya sampel dimasukan ke dalam bell-jar (ruang evaporasi).
• Substrat yang telah dibersihkan, kemudian dipasang pada holder tepat di atas boat
yang berisi CuPc.
• Alat VE untuk deposisi divakumkan, sehingga tekanannya menjadi 8.10−4 Pa.
• Eksperimen awal, melakukan deposisi film tipis dengan metode vacuum evaporator
selama 30 menit dengan menerapkan arus pada alat VE sebesar 35 A.
• Sampel yang sudah terdeposisi disimpan dalam wadah kaca yang vakum.
• Proses deposisi film tipis diulangi dengan variasi arus, yaitu: 40 A, 45 A dan 50 A.